Continuum model for chiral induced spin selectivity in helical molecules

物理 简并能级 自旋(空气动力学) 螺旋度 凝聚态物理 绝热过程 手性(物理) 半经典物理学 原子轨道 量子力学 电子 分子物理学 对称性破坏 量子 手征对称破缺 热力学 Nambu–Jona Lasinio模型
作者
Ernesto Medina,Luis A. González-Árraga,Daniel Finkelstein‐Shapiro,Bertrand Berche,Vladimiro Mújica
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:142 (19) 被引量:105
标识
DOI:10.1063/1.4921310
摘要

A minimal model is exactly solved for electron spin transport on a helix. Electron transport is assumed to be supported by well oriented p(z) type orbitals on base molecules forming a staircase of definite chirality. In a tight binding interpretation, the spin-orbit coupling (SOC) opens up an effective π(z) - π(z) coupling via interbase p(x,y) - p(z) hopping, introducing spin coupled transport. The resulting continuum model spectrum shows two Kramers doublet transport channels with a gap proportional to the SOC. Each doubly degenerate channel satisfies time reversal symmetry; nevertheless, a bias chooses a transport direction and thus selects for spin orientation. The model predicts (i) which spin orientation is selected depending on chirality and bias, (ii) changes in spin preference as a function of input Fermi level and (iii) back-scattering suppression protected by the SO gap. We compute the spin current with a definite helicity and find it to be proportional to the torsion of the chiral structure and the non-adiabatic Aharonov-Anandan phase. To describe room temperature transport, we assume that the total transmission is the result of a product of coherent steps.

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